Nikelkadmiová batéria je zdrojom jednosmerného napätia. Vďaka svojim vlastnostiam a výhodám preberá kontrolu kyselina olovnatá - batérie založené na princípe získavania popularity v poslednej dobe. Je malý, kompaktný a ľahko sa s ním cestuje z jedného miesta na druhé. Všeobecné použitie tejto batérie je pre malé hračky, kalkulačky Jednosmerné motory Princíp je rovnaký ako olovené akumulátory. Kov sa valcuje s kadmiom a separačnými vrstvami a udržuje sa v redoxnom režime tak, aby chemická reakcia produkovala jednosmerné napätie. Batérie sú populárne už dlho a v snahe zvýšiť účinnosť batérie sa používa čoraz viac chemických prvkov. Vďaka tomu je konštrukcia kompaktná.
Čo je to nikel-kadmiová batéria?
Je to zariadenie, ktoré produkuje jednosmerné napätie na základe chemickej reakcie medzi zúčastnenými látkami. V nikelkadmiovej batérii sa ako základ používa redoxný materiál a okolo nej sa používa vrstva niklu a oddeľovač. Napätie nikel-kadmiového článku je okolo 1,2 V. Pri sériovom zapojení sú obvykle zabalené 3 až 4 články, ktoré majú výstup 3,6 až 4,8 V.
Dizajn nikel-kadmiovej batérie
Teória nikel-kadmiových batérií
Princíp fungovania nikel-kadmiovej batérie je rovnaký ako ostatné batérie. Na zvýšenie účinnosti sa používa nikel a kadmium. Batéria je zdrojom jednosmerného napätia, a preto musí pozostávať z dvoch potenciálnych bodov, tj. Kladného a záporného bodu alebo tiež nazývaného anóda a katóda. V nikel-kadmiovej batérii sa najskôr okolo redoxu udržuje vrstva oxidu nikelnatého NiO2.
Táto vrstva oxidu nikelnatého funguje ako katódová vrstva. Nad vrstvou oxidu nikelnatého sa udržuje vrstva KaOH, ktorá slúži ako separátor. Je potrebné poznamenať, že táto separačná vrstva musí byť namočená vo vode alebo vlhká. Jeho účelom je poskytnúť požadované OH negatívne ióny pre chemickú reakciu. Nad separačnou vrstvou je umiestnené kadmium. Kadmiová vrstva slúži ako anóda pre nikel-kadmiovú batériu. The diagram nikel-kadmiové batérie je zobrazený nižšie.
Schéma nikel-kadmiovej batérie
Ako je znázornené na diagrame, nikel slúži ako kladná elektróda zberateľ a vrstva kadmia funguje ako kolektor negatívnej vrstvy. Separačná vrstva medzi dvoma vrstvami je vyrobená z KOH alebo NaOH. Jeho účelom je poskytnúť ióny OH. Okrem toho sa skladá aj z poistného ventilu, tesniacej dosky, izolačného krúžku, izolačného tesnenia a vonkajšieho puzdra.
Účelom izolačného krúžku je zabezpečiť izoláciu medzi dvoma vrstvami. Tesnenie izolátora je miesto, kde je v blízkosti udržovaný izolačný krúžok. K tomuto krúžku je pripojená separačná vrstva. Vonkajšie puzdro slúži na ochranu vnútorných vrstiev pred vonkajšími faktormi, ako sú poškodenia a nesprávna manipulácia s batériou. Je potrebné poznamenať, že v dôsledku chemických reakcií prebiehajúcich v cestíčku je práca s batériou vždy nebezpečná.
Obal batérie nie je nikdy otvorený, pretože všetky vrstvy sú odkryté a môže to poškodiť osobu, ktorá používa. Podobne, keď sa batéria nepoužíva, odporúča sa z nej vybrať batériu.
Rovnice nikel-kadmiové batérie
Chemické rovnice predstavujúce chemickú reakciu možno uviesť ako
Prvá rovnica predstavuje reakciu medzi katódovou vrstvou niklu a separátorom. Poskytuje výstup iónov oxidu nikelnatého OH. Potreba separačnej vrstvy, ako už bola spomenutá vyššie, je poskytnúť OH ióny potrebné pre chemickú reakciu. Za účelom poskytnutia H20 je separačná vrstva namočená vodou pre počiatočnú reakciu. Neskôr sa ako jeden z vedľajších produktov získa H2O.
Na strane anódy sa kadmiová vrstva kombinuje aj s OH iónmi, ktoré sa získavajú z oddeľovacej vrstvy. Výsledkom je oxid kademnatý a elektróny. Je možné poznamenať, že elektróny v oboch rovniciach sa rušia. Rovnako sa zrušia ióny OH. Pripomínacia rovnica je daná treťou rovnicou, kde sa nikel kombinuje s kadmiom a vodou. Výsledkom je oxid nikelnatý a oxid kademnatý.
Rozsah teplôt nikel-kadmiovej batérie
Teplotný rozsah pre niklovú batériu je 0 až 45 stupňov Celzia počas nabíjania a -20 až 65 stupňov Celzia počas vybíjania. Po uplynutí tohto teplotného rozsahu batéria nefunguje a existuje dokonca pravdepodobnosť výbuchu.
Toxicita nikel-kadmiových batérií
Nikel-kadmiová batéria je pre ľudské telo veľmi toxická. Kadmium je ťažký kov, ktorý predstavuje pre ľudské telo niekoľko rizík. Kadmium má dokonca na systém fyziologický účinok. Priemerná prítomnosť kadmia v ľudskom tele je približne 1 mikrogram na liter. Má priamy vplyv na tráviaci systém. Podobne je nikel jedovatý aj pre ľudský dýchací systém.
Napätie nikel-kadmiovej batérie
Všeobecne by každé napätie pre nikel-kadmiovú batériu bolo približne 1,2 V. Počet článkov je zapojených do série alebo paralelne, aby sa získalo požadované napätie. Okrem napätia je jeho špecifická energia okolo 50 - 60 Wh na kg. To je mierne vyššia ako u nikel-železných, ale relatívne menej ako u nikel-zinkových a nikel-metal hydridových batérií.
Merný výkon je 200 W na kg. To je mierne vyššia hodnota ako v prípade nikel-železo, ale relatívne menej ako v prípade nikel-zinkových a nikel-metal hydridových batérií. U nikel-kovových batérií je to okolo 170 - 1000. U nikel-železných batérií je to okolo 100. Energetická účinnosť je okolo 70-75%. To je mierne vyššia hodnota ako v prípade nikel-železo, ale relatívne menej ako v prípade nikel-zinkových a nikel-metal hydridových batérií. U nikel-kovových batérií je to okolo 70-80%. U nikel-železných batérií je to okolo 60-70%.
Konštrukcia nikel-kadmiovej batérie
Konštrukčne je nikelkadmiová batéria rovnaká ako batérie olovené na báze kyseliny. Skladá sa z troch základných vrstiev. Prvou je niklová vrstva, potom separačná vrstva a kadmiová vrstva. Nikel funguje ako kolektor kladnej elektródy a vrstva kadmia ako kolektor zápornej vrstvy.
Separačná vrstva medzi dvoma vrstvami je vyrobená z KOH alebo NaOH. Jeho účelom je poskytnúť ióny OH. Okrem toho sa skladá aj z poistného ventilu, tesniacej dosky, izolačného krúžku, izolačného tesnenia a vonkajšieho puzdra. Účelom izolačného krúžku je zabezpečiť izoláciu medzi dvoma vrstvami. Tesnenie izolátora je miesto, kde je v blízkosti udržovaný izolačný krúžok. K tomuto krúžku je pripojená separačná vrstva.
Vonkajšie puzdro slúži na ochranu vnútorných vrstiev pred vonkajšími faktormi, ako sú poškodenia a nesprávna manipulácia s batériou. Je potrebné poznamenať, že v dôsledku chemických reakcií prebiehajúcich v cestíčku je práca s batériou vždy nebezpečná. Vrstvy spolu so separačnou vrstvou tvoria požadovanú chemickú reakciu a tvoria potenciálny rozdiel.
Funguje nikelkadmiová batéria
Prevádzka nikel-kadmiovej batérie je založená na chemickej reakcii prebiehajúcej medzi vrstvami. Batéria, ktorá je zdrojom jednosmerného napätia, sa skladá z dvoch portov, tj. Anódy a katódy. Pri výrobe batérie sa najskôr udržiava redoxná vrstva kadmia. Kadmiová vrstva funguje ako katódový terminál. Kadmium je jedným z ťažkých materiálov a má dobré vodivé vlastnosti. Nad vrstvou kadmia sa udržujú separačné vrstvy.
Účelom separačnej vrstvy je poskytnúť požadované OH ióny pre chemická reakcia . Na reakciu medzi katódovou vrstvou niklu a separátorom sú potrebné ióny OH. Poskytuje výstup iónov oxidu nikelnatého OH. Potreba separačnej vrstvy, ako už bola spomenutá vyššie, je poskytnúť OH ióny potrebné pre chemickú reakciu. Za účelom poskytnutia H20 je separačná vrstva namočená vodou pre počiatočnú reakciu.
Neskôr sa ako jeden z vedľajších produktov získa H2O. Na strane anódy sa kadmiová vrstva kombinuje aj s OH iónmi, ktoré sa získavajú z oddeľovacej vrstvy. Výsledkom je oxid kademnatý a elektróny. Je možné poznamenať, že elektróny v oboch rovniciach sa rušia. Rovnako sa zrušia ióny OH. Pripomínacia rovnica je daná treťou rovnicou, kde sa nikel kombinuje s kadmiom a vodou. Výsledkom je oxid nikelnatý a oxid kademnatý. Po chemickej reakcii nasleduje tok elektrónov, ktorý spôsobuje rozdiel potenciálov na dvoch svorkách.
Typy nikel-kadmiových batérií
Klasifikácia nikel-kadmiových batérií sa vykonáva iba na základe veľkosti a dostupného napätia. Na základe veľkosti môže mať veľkosť AAA, AA, A, Cs, C, D alebo F. Všetky tieto veľkosti prichádzajú s rôznymi špecifikáciami výstupného napätia. Niektoré z nich sú valcovitého tvaru rúrky a niektoré z nich sú v obdĺžnikovom vonkajšom obale v tvare škatule.
Výhody a nevýhody
Výhody nikel-kadmiovej batérie sú
- Poskytuje vysoký prúdový výstup
- Znáša prebíjanie
- Vydrží až 500 cyklov nabíjania
Nevýhody nikel-kadmiovej batérie sú
- Kadmium nie je ekologický materiál
- Menej tolerancie voči teplote v porovnaní s inými batériami.
Aplikácie nikel-kadmiových batérií
Má rôzne aplikácie ako hračky, malé jednosmerné motory, kalkulačky, ventilátory, počítače atď.
Preto sme videli aplikácie, prácu a podrobnosti nikel-kadmiová batéria . Je potrebné zistiť, aké ďalšie materiály je možné kombinovať s niklom, pretože kadmium má nebezpečné účinky.
